蔣正龍，龔政雄

(1.湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007;2.湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

相比普通的500 kV架空輸電線路，500 kV復(fù)艾緊湊型線路將三相輸電線路置于同一塔窗中，使相間距離顯著縮小，同時(shí)每相分裂導(dǎo)線達(dá)到6根，導(dǎo)線外徑明顯增大，導(dǎo)線表面的電場(chǎng)分布更合理，這樣增大了線路的電容，降低了電感和線路的波阻抗，提高了線路的自然功率，減小了線路走廊的占地面積，節(jié)約了建設(shè)投資，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益〔1-2〕。

500 kV復(fù)艾Ⅰ回線是湖南第1條緊湊型輸電線路，全長(zhǎng)約65 km，共173基桿塔，7種塔型，其中直線塔4種 (CZ1，CZ2，CZ3，CZ4)，轉(zhuǎn)角塔2種 (CJ1，CJ2)，終端塔型號(hào)為DJ1，全線不換位。導(dǎo)線型號(hào)為6×LGJ-300/40，導(dǎo)線分裂間距為375 mm，六分裂導(dǎo)線直徑為750 mm，相導(dǎo)線排列為倒三角型。地線布置方式為水平布置，1根地線型號(hào)為JLB20A-80，另1根為24芯OPGW。相對(duì)地最小凈距離為3.7 m，相間最小凈距離為5.95 m，帶電作業(yè)的條件十分苛刻。因此，為開(kāi)展帶電作業(yè)，有必要對(duì)其帶電作業(yè)的安全性進(jìn)行研究。

1 帶電作業(yè)時(shí)最大操作過(guò)電壓

帶電作業(yè)時(shí)不可能進(jìn)行合空線操作〔3〕，因此帶電作業(yè)要考慮的最大過(guò)電壓不是合空線過(guò)電壓或單相重合閘過(guò)電壓，所需考慮的是接地故障引起的過(guò)電壓，主要包括帶電作業(yè)線路或與其相鄰近的線路單相接地跳三相，或者兩相接地跳三相和三相接地跳三相等情況，但是存在大風(fēng)、雷雨、覆冰等惡劣氣候原因?qū)е聝上喽搪方拥?、三相短路接地等情況時(shí)，不會(huì)開(kāi)展帶電作業(yè)工作。

文中過(guò)電壓計(jì)算〔4〕條件:(1)取線路沿線土壤電阻率為800 Ω·m;(2)線路無(wú)高抗;(3)復(fù)興變電站和艾家沖變電站的主變?nèi)萘烤鶠?50 MVA，并參照復(fù)艾線路投運(yùn)時(shí)某時(shí)刻運(yùn)行數(shù)據(jù):復(fù)興變和艾家沖變母線電壓分別為523.9 kV和523.1 kV 時(shí)，線路上的潮流為 363.5 MW-j43.0 Mvar;(4)考慮預(yù)擊穿和運(yùn)行中性能變化的影響，線路斷路器三相合閘最大非同期時(shí)間取10 ms;(5)母線側(cè)MOA為420型避雷器，額定電壓為420 kV，線路側(cè)MOA為444型避雷器，額定電壓為444 kV。避雷器的伏安特性曲線如圖1所示〔4〕，避雷器最大允許比能耗為13 kJ/kV。

圖1 避雷器的伏安特性曲線

經(jīng)采用EMTP計(jì)算，線路首端的最大工頻過(guò)電壓為 1.02 p.u.，末端為 1.24 p.u.，均低于文獻(xiàn)〔5〕推薦的允許值，線路兩端和中點(diǎn)單相接地跳三相時(shí)，健全相沿線最大的相—地過(guò)電壓U0.13%(表示發(fā)生概率為0.13%的過(guò)電壓) 為 1.68 p.u.(1.0 p.u.=550/3 kV)，沿線最大相間過(guò)電壓U0.13%為 2.85 p.u.，MOA 承受的最大能量為 0.47 MJ，艾家沖C相接地導(dǎo)致兩側(cè)跳三相的線路最大統(tǒng)計(jì)相—地過(guò)電壓沿線分布見(jiàn)圖2，復(fù)興側(cè)過(guò)電壓波形見(jiàn)圖3，對(duì)計(jì)算所獲得的圖3進(jìn)行分析，最小波頭時(shí)間均大于2 000 μs。

圖2 B相最大統(tǒng)計(jì)相—地過(guò)電壓沿線分布

圖3 艾側(cè)C相接地，兩側(cè)跳三相，復(fù)側(cè)波形圖

2 危險(xiǎn)率計(jì)算方式

帶電作業(yè)危險(xiǎn)率是指帶電作業(yè)時(shí)帶電作業(yè)間隙在每發(fā)生一次操作過(guò)電壓時(shí)，間隙發(fā)生放電的概率，通常可采用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)系統(tǒng)操作過(guò)電壓的概率分布和空氣間隙擊穿的概率分布假定都服從正態(tài)分布，則根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)，帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率可按下式計(jì)算得到:

式中 σ0為操作過(guò)電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差 (kV);U50%為空氣間隙50%放電電壓 (kV);σd為空氣間隙放電電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差 (kV);Um為操作過(guò)電壓平均值 (kV)。利用計(jì)算獲得的最大操作過(guò)電壓，按照下式計(jì)算獲得:

式中 ［σ］為過(guò)電壓的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差， ［σ］ =σ0/Um。

3 帶電作業(yè)安全距離和組合間隙

3.1 直線塔安全距離校核

復(fù)艾Ⅰ回緊湊型線路直線塔帶電作業(yè)時(shí)作業(yè)人員模擬各種作業(yè)工況的位置示意圖如圖4所示:位置1為模擬人蹲坐于上相;位置2為模擬人坐在吊椅上由塔身橫移進(jìn)入等電位，最終接觸導(dǎo)線;位置3為模擬人直立在塔上，利用絕緣操作桿對(duì)帶電導(dǎo)線進(jìn)行作業(yè);位置4為模擬人站立于下相導(dǎo)線上。

圖4 直線塔上作業(yè)位置示意圖

根據(jù)對(duì)塔中這4個(gè)典型位置施加正極性標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓 (250/2 500 μs) 的試驗(yàn)結(jié)果〔4〕，在考慮安全裕度系數(shù)k時(shí)，經(jīng)曲線擬合，復(fù)艾500 kV緊湊型線路帶電作業(yè)相—地和相間最小安全距離分別可按以下公式計(jì)算:

對(duì)各位置可接受最小間隙距離 (本線路直線塔帶電作業(yè)時(shí)，取相—地最小間隙距離為2.1 m，取相間最小間隙距離為4.0 m)，U50%和危險(xiǎn)率示于表1。

根據(jù)帶電作業(yè)時(shí)的實(shí)際情況，考慮人體的0.5 m〔6〕占位后，相—地最小安全距離由2.1 m變?yōu)?.6 m，相間最小間隙距離變?yōu)?.5 m。

3）通過(guò)收集現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)故障信息及波紋表明，110kV那曲變#1、#2兩臺(tái)主變并列運(yùn)行，且#1主變中性點(diǎn)接地運(yùn)行情況下，故障當(dāng)時(shí)那曲#1主變高壓側(cè)基本無(wú)3I。故障零序電流流過(guò)，那安線上流過(guò)的故障零序電流基本與當(dāng)那線上流過(guò)的故障零序電流持平。

除考慮作業(yè)相的操作過(guò)電壓水平，文中還考慮鄰相反極性操作過(guò)電壓的影響。相—地間隙距離取3.2 m，相間距離取6.2 m，在作業(yè)人員所在的 A相上施加標(biāo)準(zhǔn)波形為+250/2 500 μs的正極性操作

類型 最大過(guò)電壓/p.u.最小間隙距離/mU50%/kV危險(xiǎn)率/×10-6最小安全距離/m相—地 1.68 2.1 936 5.8 2.6相—相 2.85 4.0 1 551 8.8 4.5

沖擊電壓，在B相上施加標(biāo)準(zhǔn)波形為-250/2 500 μs的負(fù)極性操作沖擊電壓，C相接地，波形系數(shù)α=0.4，對(duì)作業(yè)位置1，2進(jìn)行相地操作沖擊放電試驗(yàn)，試驗(yàn)〔4〕獲得的操作沖擊擊穿電壓值如表2所示。

表2 相地操作沖擊擊穿電壓U50%

結(jié)果表明，作業(yè)位置正極性操作沖擊放電電壓幅值變化率 (Z)不大于5%，即操作沖擊放電電壓水平基本不受鄰相負(fù)極性操作波的影響，且試驗(yàn)過(guò)程中所有放電路徑均為相對(duì)地放電。由此可得出，在復(fù)艾500 kV緊湊型線路直線塔上，相間作用對(duì)放電電壓U50%幾乎沒(méi)有什么影響，帶電作業(yè)時(shí)可不考慮。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算危險(xiǎn)率是檢驗(yàn)帶電作業(yè)安全程度的通用方法，一般認(rèn)為危險(xiǎn)率低于1.0×10-5時(shí)，帶電作業(yè)是安全的〔7-9〕。根據(jù)以上危險(xiǎn)率計(jì)算結(jié)果，作業(yè)人員在復(fù)艾緊湊型線路直線塔上各典型作業(yè)位置 (見(jiàn)圖4)是安全的，各典型位置的距離可滿足帶電作業(yè)的安全性要求。

通過(guò)計(jì)算分析和試驗(yàn)，在復(fù)艾500 kV緊湊型線路直線塔上，相對(duì)地最小凈距離為3.7 m，相間最小凈距離為 5.95 m，危險(xiǎn)率〔7〕遠(yuǎn)低于 1.0×10-5，且滿足帶電作業(yè)相—地的最小安全距離和等電位作業(yè)時(shí)相間最小安全距離的要求。

3.2 直線塔組合間隙分析和校核

根據(jù)已進(jìn)行的大量桿塔試驗(yàn)〔3，10-11〕: 存在某一種組合間隙，即當(dāng)人體離開(kāi)導(dǎo)線處在某一個(gè)位置，形成導(dǎo)線高電位、人體、塔身低電位組成的組合間隙，在該組合間隙具有最低的操作沖擊放電電壓U50%。

設(shè)S1為人體距地電位距離，S2為人體距高電位距離，Sc為組合間隙長(zhǎng)度 (未計(jì)入人體占位，Sc為S1與S2之和)。

組合間隙長(zhǎng)度Sc取3.5 m不變，分別改變S2和S1的值，進(jìn)行操作沖擊放電試驗(yàn)，求取其操作沖擊50%放電電壓，U50%隨S2變化曲線見(jiàn)圖5。

圖5 U50%隨S2變化曲線 (至塔身組合間隙)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最低放電位置S2取0.4 m，改變S1進(jìn)行操作沖擊放電試驗(yàn)，在考慮安全裕度后，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)〔4〕獲得:至塔身組合間隙操作沖擊50%放電電壓與間隙距離的關(guān)系為U50%=630d0.6，當(dāng)最大過(guò)電壓為1.68 p.u.時(shí)，直線塔最小組合間隙距離取2.4 m，對(duì)應(yīng)的 U50%危險(xiǎn)率為8.0×10-6。

圖6表示帶電作業(yè)時(shí)作業(yè)人員各種作業(yè)工況的位置點(diǎn)。

圖6 進(jìn)入等電位路徑示意圖

圖6中，位置5為人頭部與下相導(dǎo)線直線串絕緣子上端的均壓環(huán)下端接觸，人體尚處在地電位;位置6為人頭部與下相導(dǎo)線直線串絕緣子中部的均壓環(huán)下端接觸;位置7為人腳踩在下相導(dǎo)線直線串絕緣子上端的均壓環(huán)上，人體已處在高電位;位置8為人坐在吊椅上，由側(cè)面從塔身低電位慢慢橫向移動(dòng)進(jìn)入等電位，人距高電位0.4 m，背部距離塔身2.8 m;位置9為人由塔身爬硬梯斜向進(jìn)入等電位，人距高電位0.4 m，背部距離塔身2.8 m，腳距離塔身3.0 m。在武漢高壓研究所進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果〔4〕見(jiàn)表3，試驗(yàn)中對(duì)位置5，6，7考慮了鄰近相反極性操作波的影響，對(duì)位置8，9點(diǎn)不考慮反極性操作波的影響，試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓波形為 250/2 500 μs，波形系數(shù) α=0.4。

表3 各典型位置U50%和危險(xiǎn)率

表3中，U50%數(shù)據(jù)均為已折算到標(biāo)準(zhǔn)氣象條件下的操作沖擊擊穿電壓，由于Z值小于5%，可知相間作用幾乎沒(méi)有影響，可以忽略。表3數(shù)據(jù)表明:危險(xiǎn)率均不大于1.0×10-7，滿足帶電作業(yè)安全性要求。

4 結(jié)論

4.1 直線桿塔帶電作業(yè)的相—地最小間隙距離為2.1 m，相間最小間隙距離為4.0 m，最小組合間隙距離為2.4 m;考慮人體的0.5 m占位后，相—地最小安全距離為2.6 m，相間最小安全距離為4.5 m，最小組合安全距離為2.9 m;復(fù)艾500 kV緊湊型線路直線塔的實(shí)際尺寸 (相對(duì)地距離及相間距離)都大于帶電作業(yè)最小安全距離。

4.2 以上各類最小安全距離值均小于《電業(yè)安全工作規(guī)程》及DL/T 5217—2005《220 kV-500 kV緊湊型架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定的最小安全距離，這主要是因?yàn)閺?fù)艾500 kV緊湊型線路的過(guò)電壓倍數(shù)較低 (相—地為1.68 p.u.，相間為2.85 p.u.)，而《送電線路帶電作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》中對(duì)500 kV線路的過(guò)電壓倍數(shù)是按照系統(tǒng)可能出現(xiàn)最大過(guò)電壓情況考慮的 (相—地為2.18 p.u.，相間為相—地的1.3～1.4倍)，所以復(fù)艾500 kV緊湊型線路的帶電作業(yè)最小安全距離和組合間隙按照GB/T 19185—2003《交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析計(jì)算，所得結(jié)果是可信的。

4.3 最小相對(duì)地、相間、組合間隙距離下的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率分別為 5.8×10-6，8.8 ×10-6，8.0 ×10-6，在該桿塔上進(jìn)行帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率均小于1.0×10-5，滿足帶電作業(yè)安全性的要求。

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